The Collectors

Hai con lắc lò xo giống hệt nhau được treo vào hai điểm trên một...

Câu hỏi: Hai con lắc lò xo giống hệt nhau được treo vào hai điểm trên một giá cố định nằm ngang. Quả nặng của mỗi con lắc lò xo có khối lượng 100 g. Bỏ qua mọi lực cản, lấy $g=10~\text{m}/{{\text{s}}^{2}}$. Các đường cong ở hình vẽ bên là một phần đồ thị biểu diễn mối liên hề giữa li độ và thời gian dao động của các con lắc. Hợp lực mà hệ tác dụng lên giá treo có độ lớn cực đại gần nhất với giá trị nào sau đây?
image3.png
A. 4,5 N .
B. 1,8 N .
C. 3,5 N .
D. 3,1N.
Phương pháp:
Từ đồ thị ta cần khai thác được những thông số về chu kì, tần số của hai dao động.
Hai con lắc giống hệt nhau → cùng chu kì, tần số và độ biến dạng.
Lực tác dụng lên giá treo là lực đàn hồi:
${{F}_{\text{dh}}}={{F}_{dh1}}+{{F}_{dh2}}=-k\left( \Delta {{l}_{0}}+{{x}_{1}} \right)-k\left( \Delta {{l}_{0}}+{{x}_{2}} \right)=-k\Delta {{l}_{0}}.2-k\left( {{x}_{1}}+{{x}_{2}} \right)$
Vậy lực đàn hồi cực đại khi ${{x}_{1}}+{{x}_{2}}$ cực đại.
Cách giải:
Từ đồ thị ta thấy chu kì của hai con lắc là:
$T=8\hat{o}=4.2,5.\pi \cdot {{10}^{-2}}=\dfrac{\pi }{10}(s)\Rightarrow \omega =\dfrac{2\pi }{T}=20(\text{rad}/\text{s})$
Mà $\omega =\sqrt{\dfrac{k}{m}}\Rightarrow k={{\omega }^{2}}\cdot m={{20}^{2}}.0,1=40(N)$
$\Delta {{l}_{0}}=\dfrac{1}{{{\omega }^{2}}}\cdot g=\dfrac{1}{{{20}^{2}}}\cdot 10=0,025(~\text{m})=2,5(~\text{cm})$
Từ đồ thị ta thấy ở thời điểm đầu, ${{x}_{2}}=0$ và đang giảm
Ở thời điểm $t=1,{{25.10}^{-2}}\pi (s)=\dfrac{T}{8}$, vecto quay quét được góc là:
$\Delta \varphi =\omega t=20.1,{{25.10}^{-2}}\pi =\dfrac{\pi }{4}(\text{rad})$
Tại thời điểm t, có ${{x}_{1}}=4(~\text{cm});{{x}_{2}}=-4(~\text{cm})$
Ta có vòng tròn lượng giác:
image4.png

Từ vòng tròn lượng giác ta thấy pha ban đầu của các dao động là:
$\left\{ \begin{array}{*{35}{l}}
{{\varphi }_{1}}=-\dfrac{\pi }{4}(\text{rad}) \\
{{\varphi }_{2}}=\dfrac{\pi }{2}(\text{rad}) \\
\end{array} \right.$
Lại có: $4={{A}_{2}}\cos \dfrac{\pi }{4}\Rightarrow {{A}_{2}}=4\sqrt{2}(~\text{cm})$

Phương trình dao động của hai con lắc là: $\left\{ \begin{array}{*{35}{l}}
{{x}_{1}}=4\cos \left( 20t-\dfrac{\pi }{4} \right)(\text{cm}) \\
{{x}_{2}}=4\sqrt{2}\cos \left( 20t+\dfrac{\pi }{2} \right)(\text{cm}) \\
\end{array} \right.$
Phương trình tổng hợp cuẩ hai dao động là: $x=4\cos \left( 20t+\dfrac{\pi }{4} \right)(\text{cm})$
Vậy hợp lực cực đại là:
${{\left| {{F}_{dh}} \right|}_{\max }}=k\left( 2\Delta {{l}_{0}}+A \right)=40\cdot (2.0,025+0,04)=3,6(N)$
Đáp án C.
 

Câu hỏi này có trong đề thi

Quảng cáo

Back
Top